KR20040083912A - 공작기계의 공구상태 검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공중 공구에 걸리는 부하를 실시간으로 검출하여 이를 바탕으로 공구의 불량을 경고함으로서 공구불량에 대하여 신속히 대처할 수 있는 공작기계의 공구상태 검출방법에 관한 것으로서, 제어부가 포함되는 공작기계를 통해 주축모터에 공구가 장착된 상태에서 피가공물을 가공함에 있어서, 하나의 가공조건에 의해 피가공물의 1회 가공을 정상적으로 수행하여 생성되는 공구의 부하변화인 주축모터의 부하변화 데이터를 기준으로 하여 최대 및 최소 허용 부하값을 제어부에 설정하는 허용 부하값 설정단계와; 상기 가공조건과 동일한 가공조건으로 피가공물을 가공할 경우에 주축모터에서 검출되는 공구 부하데이터를 제어부에 실시간으로 입력하여 상기 설정된 최대,최소 허용 부하값과 비교하는 검출 부하값 비교단계; 및 상기 검출부하값 비교단계를 진행하면서 실시간으로 검출되는 공구 부하데이터가 최대,최소 허용 부하값의 범위를 이탈하는 순간에 공구의 상태를 신호로 경고하는 공구상태 경고단계로 구성됨을 특징으로 하는 것이다.

Description

공작기계의 공구상태 검출방법{Tool measuring method of the machine tools}

본 발명은 공작기계의 공구상태 검출방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 가공중 공구에 걸리는 부하를 실시간으로 검출하여 이를 바탕으로 공구의 불량을 경고함으로서, 공구불량에 대하여 신속히 대처할 수 있는 공작기계의 공구상태 검출방법에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계을 통해 피가공물을 가공할 경우에는, 주축모터가 포함되는 주축에 공구를 장착한 상태에서 피가공물 또는 주축을 이송시키는 과정을 통해 가공을 수행한다.

그리고 가공을 수행하는 과정에서 상기 공구는, 상기 주축모터를 통해 회전되면서 피가공물을 절삭하는 것이다.

그런데 상기 공구가 회전되면서 피가공물을 가공함에 있어서, 초기 가공을 수행할 경우에는 정밀한 가공이 진행되나 가공시간이 경과되면서 공구날의 마모가 진행된다.

따라서 상기 공구날의 마모가 진행되는 초기에는 공구의 마모를 작업자가 육안으로 식별하기가 매우 어려움으로서, 공구의 마모초기에 발생되는 피가공물의 불량을 예방하기가 어려운 문제점을 가지고 있었다.

다시말해 공구의 초기마모가 진행될 경우에는, 공구날의 색깔이 적색으로 변화되는 현상만 일어나게 됨으로서 육안으로 식별한다는 것은 거의 불가능한 문제점을 가지고 있다.

또한 상술한 바와 같이 공구의 초기마모를 발견하지 못한 상태에서 계속적으로 가공을 진행할 경우에는, 공구날과 피가공물 사이에 불꽃이 발생되는데, 이 시점에서는 공구의 완전손상은 물론 공구에 걸리는 큰 부하로 인하여 공작기계에도 큰 손상이 일어나게 되는 문제점을 가지고 있었다.

또 가공중 공구가 부러지는 등의 손상이 발생될 경우에는 작업자만이 이를 육안으로 파악할 수 있음으로, 공작기계의 주위에 작업자가 항상 상주해야 하는 문제점도 가지고 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 발명된 것으로서, 가공중 공구에 걸리는 부하를 실시간으로 검출하여 이를 바탕으로 공구의 불량을 경고하여 신속히 대처할 수 있도록 하는 공작기계의 공구상태 검출방법을 제공함을 목적으로 한다.

특히 육안의 식별이 어려운 공구의 초기 마모를 신속히 파악하여 공구의 마모로 인한 피공작물의 불량을 최소화하고자 하는 목적이 있다.

또한 1회의 정상가공을 완료한 후 이때 검출된 공구 부하데이터를 바탕으로 최대,최소 허용 부하값을 설정함으로서, 정확한 최대,최대 허용 부하값을 설정할 수 있는 목적도 있다.

또 1회의 정상가공을 시작하는 순간에 최대,최소 허용 부하값을 설정 함으로서 1회의 정상가공을 시작하는 순간부터 공구의 상태를 파악할 수도 있는 것이다.

또 공구의 불량을 경고함에 있어서 최종경고시에는 공작기계의 작동이 중지되게 함으로서, 공구의 심한 마모로 인하여 발생되는 공작기계의 심한 손상을 미연에 방지하고자 하는 목적도 있다.

또 작업자 오류나 프로그램 오류 또는 공구의 마모 등으로 인하여 가공중 공구가 부러질 경우에 공작기계의 작동을 신속히 중지할 수 있도록 하는 목적도 있다.

또 여러 가공조건에 따른 허용 부하값을 제어부에 저장 축적하여 공작기계를 통한 여러 가공중에도 공구상태를 호환적으로 검출할 수 있도록 하는 목적도 있다.

또 공구의 불량 상태의 경고신호가 발광 또는 음성으로 줄력됨으로서, 작업자가 공작기계의 주위에 상주하지 않더라도 공구의 불량을 용이하게 인식할 수 있도록 하는 목적도 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제어부가 포함되는 공작기계를 통해 주축모터에 공구가 장착된 상태에서 피가공물을 가공함에 있어서, 하나의 가공조건에 의해 피가공물의 1회 가공을 정상적으로 수행하여 생성되는 공구의 부하변화인 주축모터의 부하변화 데이터를 기준으로 하여 최대 및 최소 허용 부하값을 제어부에 설정하는 허용 부하값 설정단계와; 상기 가공조건과 동일한 가공조건으로 피가공물을 가공할 경우에 주축모터에서 검출되는 공구 부하데이터를 제어부에 실시간으로 입력하여 상기 설정된 최대,최소 허용 부하값과 비교하는 검출 부하값 비교단계; 및 상기 검출부하값 비교단계를 진행하면서 실시간으로 검출되는 공구 부하데이터가 최대,최소 허용 부하값의 범위를 이탈하는 순간에 공구의 상태를 신호로 경고하는 공구상태 경고단계로 구성됨을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 검출방법을 나타낸 블록도.

도 2는 본 발명의 검출방법 중 정상가공과정을 나타낸 것으로서,

도 2a는 가공상태 사시도이고,

도 2b는 가공상태를 진행함에 있어 검출되는 공구 부하데이터와 허용 부하값의 비교단계를 나타낸 그래프.

도 3은 본 발명의 검출방법 중 예비경보과정을 나타낸 것으로서,

도 3a는 가공상태 사시도이고,

도 3b는 가공상태를 진행함에 있어 검출되는 공구 부하데이터와 허용 부하값의 비교단계를 나타낸 그래프.

도 4는 본 발명의 검출방법 중 최종경보과정을 나타낸 것으로서,

도 4a는 가공상태 사시도이고,

도 4b는 가공상태를 진행함에 있어 검출되는 공구 부하데이터와 허용 부하값의 비교단계를 나타낸 그래프.

도 5는 본 발명의 검출방법 중 비상경보과정을 나타낸 것으로서,

도 5a는 가공상태 사시도이고,

도 5b는 가공상태를 진행함에 있어 검출되는 공구 부하데이터와 허용 부하값의 비교단계를 나타낸 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 피가공물

2 : 공구

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 검출방법을 나타낸 블록도이며, 도 2는 본 발명의 검출방법 중 정상가공과정을 나타낸 것이고, 도 3 내지 도 5는 공구의 가공과정을 나타낸 것으로서, 본 발명의 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제어부가 포함되는 공작기계를 통해 주축모터에 공구(2)가 장착된 상태에서 피가공물(1)을 가공함에 있어서, 하나의 가공조건에 의해 피가공물(1)의 1회 가공을 정상적으로 수행하여 생성되는 공구(2)의 부하변화인 주축모터의 부하변화 데이터를 기준으로 하여 최대 및 최소 허용 부하값을 제어부에 설정하는 허용 부하값 설정단계(100;도2참조)가 진행된다.

특히 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 허용 부하값 설정단게(200)에서 최대,최소 허용부하값은, 상기 1회의 정상가공을 완료한 후 얻어진 공구 부하데이터 중 상사점을 최대 허용 부하값으로 하고, 하사점을 최소 허용 부하값으로 설정함으로서, 정확한 최대,최대 허용 부하값을 설정할 수 있는 것이다.

또한, 상기 허용 부하값 설정단게(200)에서 최대,최소 허용 부하값은, 정상가공의 초기에 공회전구간에서 얻어진 공구 부하값을 최소 허용 부하값으로 설정하고, 공회전구간을 지난후 최초 가공이 시작되는 순간에 공구 부하값을 최대 허용 부하값으로 설정할 수도 있는 것이다.

따라서, 1회의 정상가공을 시작하는 순간에 최대,최소 허용부하값이 설정됨으로서 1회의 정상가공을 시작하는 순간부터 공구의 상태를 파악할 수도 있는 것이다.

상기 정상 가공시에 얻어진 공구 부하데이터 중 상사점값과 하사점값을 상기 최대,최소 허용 부하값으로 설정하는 것이 바람직하다.

다음, 상기와 같이 제어부에 허용 부하값을 설정한 후, 상기 가공조건과 동일한 가공조건으로 피가공물(1)을 가공할 경우에 주축모터에서 검출되는 공구 부하데이터를 제어부에 실시간으로 입력하여 상기 설정된 최대,최소 허용 부하값과 비교하는 검출 부하값 비교단계(200)를 진행하면서, 상기 실시간으로 검출되는 공구 부하데이터가 최대,최소 허용 부하값의 범위를 이탈하는 순간에 공구(2)의 상태를 신호로 경고하는 공구상태 경고단계(300;도3 내지 도5참조)가 진행되어 가공중인 공구상태를 검출하는 것이다.

다시말해 상기와 같이 가공중 공구(2)에 걸리는 부하를 실시간으로 검출하여 상기 정상적이 가공에서 얻어진 최대,최소 허용 부하값과 상호 비교하여 공구의 불량상태를 신속히 파악할 수 있는 것이다.

그러므로 공구의 가공중 공구의 마모상태의 신속한 파악을 통해 공구를 신속하게 교체할 수 있어 공구, 피가공물, 공작기계 등의 손상을 미연에 예방할 수 있는 것이다.

이하, 상기 방법을 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 검출방법 중 예비경보과정을 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명의 검출방법 중 최종경보과정을 나타낸 것이다.

따라서 상기 공구상태 경고단계(300)는, 도 3b에 도시된 바와같이 실시간의 공구 부하데이터가 상기 설정된 최대 허용 부하값을 불규칙하게 이탈을 반복하는 순간마다 공구(2)의 초기 마모 상태를 반복신호로 알려주는 예비경고과정(301)과, 다음, 도 4b에 도시된 바와같이 공구(2)의 마모가 더 진행되면서 검출되는 공구 부하데이터가 상기 설정된 최대 허용 부하값을 연속적으로 이탈함에 따라 공구(2)의 가공이 불가능한 상태를 연속적 신호로 알려주는 최종경고과정(302)으로 구성된다.

따라서, 육안의 식별이 어려운 공구(2)의 초기 마모상태를 경고함으로서, 초기에 발견되는 가공불량을 발견하여 공구(2) 마모가 촉진되는 요인을 해소할 수 있는 것이다.

다시 말해 도 3a에 도시된 바와같이, 공구(2)의 초기 마모가 진행될 경우에는 공구날 부분이 적색으로만 변화됨으로서 회전되는 공구(2)에 있어 초기 마모 상태를 육안으로 식별하는 것은 거의 불가능 한데 반하여, 상술한 바와 같이 공구 부하데이터를 이용하여 공구(2)의 불량을 감지함으로서 공구 초기마모 상태를 신속히 파악할 수 있는 것이다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 최종경고과정(302)에서 경고신호가 일정시간 이상을 경과하면 공작기계가 정지되도록 상기 제어부를 초기에 세팅함으로서, 공구의 심한 마모로 인하여 발생되는 공작기계의 손상을 미연에 예방할 수 있는 것이다.

도 5는 본 발명의 검출방법 중 비상경보과정을 나타낸 것으로서, 상기 공구상태 경고단계(300)는, 검출된 공구 부하데이터가 상기 설정된 최소 허용 부하값의 이하로 연속하여 이탈될 경우에 공구의 부러짐을 연속적 신호로 알려주는 비상경고과정(303;도5b참조)을 포함한다.

그리고 상기 비상경고과정(303)에서 경고신호가 일정시간 이상을 경과하면 공작기계가 정지되도록 상기 제어부를 초기에 세팅하는 것이 바람직한 것이다.

따라서, 가공중 작업자 오류나 프로그램 오류 또는 공구의 마모 등으로 인하여 공구(2)가 부러질 경우에도, 공작기계의 작동을 신속히 중지함으로서, 공구가 부러진 후 장치의 연속적인 작동으로 인하여 발생되는 공작기계의 손상을 미연에 예방할 수도 있는 것이다.

한편, 상기와 같이 검출방법을 진행함에 있어서, 상기 가공조건은, 공구의 종류, 공구의 회전수, 공구 이송속도, 피가공물의 절삭량, 및 피가공물의 재질에 의해 결정된다. 따라서 최대,최소 허용한계값의 설정기준이 되는 가공조건과 현재의 가공조건이 일치되게 되면, 현재의 가공중인 공구의 불량상태를 경고할 수 있는 것이다.

또한, 상기 허용 부하값 설정단계(100)에서는, 상기 가공조건에 따라 얻어지는 여러 가공조건의 공구 부하변화 데이터를 기준으로 하여 설정되는 여러 허용 부하값을 제어부에 저장 축적할 수도 있게 함으로서, 여러 가공조건에 따른 허용 부하값을 제어부에 저장 축적하여 공작기계의 여러 가공중에도 공구상태를 호환적으로 검출할 수 있는 것이다.

또, 상기 검출 부하값 비교단계(200)에서는, 각 검출데이터와 허용 부하값의 비교상태를 제어부를 통해 실시간으로 디스플레이할 수 있도록 함으로서, 현재공구의 마모추이를 작업자가 실시간으로 확인할 수 있는 효과도 가지는 것이다.

또, 상기 경고신호단계(300)에서의 경고 신호는, 발광신호 또는 음성신호로 출력함으로서, 작업자가 공작기계의 주위에 상주하지 않더라도 공구의 불량을 용이하게 인식할 수 있도록 하여 현장인원의 절감효과도 얻을 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 가공중 공구의 불량상태를 실시간으로 파악하여 신속히 대처함으로서, 가공의 안정화를 얻을 수 있는 유용한 효과를 가지는 것이다.

또한 육안의 식별이 어려운 공구의 초기 마모를 신속히 파악함으로서, 초기불량의 확인으로 인하여 공구,피가공물의 손실을 최소화 할 수 있는 효과도 있다.

또한 1회의 정상가공을 완료한 후 이때 검출된 공구 부하데이터를 바탕으로 최대,최소 허용 부하값을 설정하여 정확한 최대,최대 허용 부하값을 설정함으로서, 공구 상태의 정밀한 측정이 가능한 효과가 있다.

또 1회의 정상가공을 시작하는 순간에 최대,최소 허용 부하값을 설정 하여 1회의 정상가공을 시작하는 순간부터 공구의 상태를 파악함으로서, 초기가공시에도공구의 상태를 파악하여 대처할 수 있는 효과가 있다.

또 최종경고와 더불어 공작기계의 작동을 중지함으로서 공구의 심한 마모로 인하여 발생되는 여러 불량요인을 해소할 수 있는 효과도 있다.

또 가공중 공구가 부러질 경우에 공작기계의 작동을 신속히 중지함으로서, 장치의 비가공으로 인한 작업시간의 손실을 줄일 수 있는 효과도 있다.

또 여러 가공조건에 따른 허용 부하값을 제어부에 저장 축적하여 공작기계를 통한 여러 가공중에도 공구의 불량을 호환적으로 검출할 수 있는 효과도 있다.

또 작업자가 공작기계의 주위에 상주하지 않더라도 음성 또는 발광신호를 통해 공구의 불량을 용이하게 인식할 수 있도록 함으로서, 현장인원의 절감효과도 있는 것이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims (12)

1. 제어부가 포함되는 공작기계를 통해 주축모터에 공구가 장착된 상태에서 피가공물을 가공함에 있어서,

   하나의 가공조건에 의해 피가공물의 1회 가공을 정상적으로 수행하여 생성되는 공구의 부하변화인 주축모터의 부하변화 데이터를 기준으로 하여 최대 및 최소 허용 부하값을 제어부에 설정하는 허용 부하값 설정단계(100)와;

   상기 가공조건과 동일한 가공조건으로 피가공물을 가공할 경우에 주축모터에서 검출되는 공구 부하데이터를 제어부에 실시간으로 입력하여 상기 설정된 최대,최소 허용 부하값과 비교하는 검출 부하값 비교단계(200); 및

   상기 검출부하값 비교단계를 진행하면서 실시간으로 검출되는 공구 부하데이터가 최대,최소 허용 부하값의 범위를 이탈하는 순간에 공구의 상태를 신호로 경고하는 공구상태 경고단계(300)로 구성됨을 특징으로 하는 공작기계의 공구상태 검출방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 허용 부하값 설정단계(200)에서 최대,최소 허용부하값은, 상기 1회의 정상가공을 완료한 후 얻어진 공구 부하데이터 중 상사점을 최대 허용 부하값으로 하고, 하사점을 최소 허용 부하값으로 함을 특징으로 하는 공작기계의 공구상태 검출방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 허용 부하값 설정단계(200)에서 최대,최소 허용부하값은, 정상가공의 초기에 공회전구간에서 얻어진 공구 부하값을 최소 허용 부하값으로 하고, 공회전구간을 지난후 최초 가공이 시작되는 순간에 공구 부하값을 최대 허용 부하값으로 함을 특징으로 하는 공작기계의 공구상태 검출장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 공구상태 경고단계(300)는,

   실시간의 공구 부하데이터가 상기 설정된 최대 허용 부하값을 불규칙하게 이탈을 반복하는 순간마다 공구의 초기 마모 상태를 반복신호로 알려주는 예비경고과정(301)과,

   공구의 마모가 더 진행되면서 검출되는 공구 부하데이터가 상기 설정된 최대 허용 부하값을 연속적으로 이탈함에 따라 공구의 가공이 불가능한 상태를 연속적 신호로 알려주는 최종경고과정(302)으로 이루어짐을 특징으로 하는 공작기계의 공구상태 검출방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 최종경고과정(302)에서 경고신호가 일정시간 이상을 경과하면 공작기계가 정지되도록 상기 제어부를 초기에 세팅함을 특징으로 하는 공작기계의 공구상태 검출방법.
6. 제 4항에 있어서, 상기 공구상태 경고단계(300)는, 검출된 공구 부하데이터가 상기 설정된 최소 허용 부하값의 이하로 연속하여 이탈될 경우에 공구의 부러짐을 연속적 신호로 알려주는 비상경고과정(303)을 더 포함함을 특징으로 하는 공작기계의 공구상태 검출방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 비상경고과정(303)에서 경고신호가 일정시간 이상을 경과하면 공작기계가 정지되도록 상기 제어부를 초기에 세팅함을 특징으로 하는 공작기계의 공구상태 검출방법.
8. 제 1항에 있어서, 상기 가공조건은, 공구의 종류, 공구의 회전수, 공구 이송속도, 피가공물의 절삭량, 및 피가공물의 재질에 의해 결정됨을 특징으로 하는 공작기계의 공구상태 검출방법.
9. 제 1항에 있어서, 상기 허용 부하값 설정단계(100)에서는, 상기 가공조건에 따라 얻어지는 여러 가공조건의 공구 부하변화 데이터를 기준으로 하여 설정되는 여러 허용 부하값을 제어부에 저장 축적함을 특징으로 공작기계의 공구상태 검출방법.
10. 제 1항에 있어서, 상기 검출 부하값 비교단계(200)에서는, 각 검출데이터와 허용 부하값의 비교상태를 제어부를 통해 실시간으로 디스플레이함을 특징으로 하는 공작기계의 공구상태 검출방법.
11. 제 1항에 있어서, 상기 경고신호단계(300)에서의 경고 신호는, 발광신호로 출력함을 특징으로 하는 공작기계의 공구상태 검출방법.
12. 제 1항에 있어서, 상기 경고신호단계(300)에서의 경고 신호는, 음성신호로 출력함을 특징으로 하는 공작기계의 공구상태 검출방법.